[論文レビュー] The Westerbork SINGS Survey II. Polarization, Faraday Rotation, and Magnetic Fields

G. Heald, Róbert Braun+1 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2009

Astrophysics and Cosmic Phenomena参考文献 40被引用数 120

ひとこと要約

本研究では、ウェスターブルク合成電波望遠鏡を用いて、28個の近接済みの渦巻銀河における偏光電波連続スペクトル放射およびファラデー回転の、初めての体系的で高感度の調査を実施した。RM-合成を用いて、赤方偏移する主軸に沿って最小値を示す偏光強度の方位角的変調が明らかになり、大規模で秩序ある磁界構造を示している。また、±100–200 rad m⁻²のずれを示す複数の核領域におけるファラデー深さ成分を検出しており、銀河核周辺に複雑な磁界構造があることを示唆している。

ABSTRACT

A sample of large northern Spitzer Infrared Nearby Galaxies Survey (SINGS) galaxies has recently been observed with the Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT). We present observations of the linearly polarized radio continuum emission in this WSRT-SINGS galaxy sample. Of the 28 galaxies treated in this paper, 21 are detected in polarized radio continuum at 18- and 22-cm wavelengths. We utilize the rotation measure synthesis (RM-Synthesis) method, as implemented by Brentjens & de Bruyn, to coherently detect polarized emission from a large fractional bandwidth, while simultaneously assessing the degree of Faraday rotation experienced by the radiation along each line-of-sight. This represents the first time that the polarized emission and its Faraday rotation have been systematically probed down to ~10 microJy/beam RMS for a large sample of galaxies. Non-zero Faraday rotation is found to be ubiquitous in all of the target fields, from both the Galactic foreground and the target galaxies themselves. In this paper, we present an overview of the polarized emission detected in each of the WSRT-SINGS galaxies. The most prominent trend is a systematic modulation of the polarized intensity with galactic azimuth, such that a global minimum in the polarized intensity is seen toward the kinematically receding major axis. The implied large-scale magnetic field geometry is discussed in a companion paper. A second novel result is the detection of multiple nuclear Faraday depth components that are offset to both positive and negative RM by 100-200 rad/m^2 in all targets that host polarized (circum-)nuclear emission.

研究の動機と目的

• 偏光電波連続スペクトル放射を用いて、近接済みの渦巻銀河における磁界構造を体系的に調査すること。
• 広範な銀河サンプルにおけるファラデー回転を測定し、視線方向の磁界構造および電子密度を推定すること。
• 秩序ある磁界が銀河構造をどのように形作り、星形成をどのように制御するかを特定すること。
• 偏光放射を示す銀河核に複数のファラデー深さ成分が存在するかを調査し、磁界またはプラズマ構造の複雑さを示すこと。
• 次世代電波望遠鏡を用いた将来の高解像度・広帯域偏光調査の基盤を確立すること。

提案手法

• 18および22cmの波長で線形偏光電波連続スペクトル放射を観測するために、ウェスターブルク合成電波望遠鏡（WSRT）を用いた。
• Brentjens & de BruynのRM-合成を適用し、広帯域比にわたって偏光放射を一貫して検出するとともに、ファラデー回転測定値（RMs）を測定した。
• 回転測定値の合成を用いてファラデー分散関数を再構築し、データ内に複数のファラデー深さ成分を同定した。
• 視線方向に垂直な磁界の向きをマップするために、ファラデー回転測定値を用いて偏光角度を補正した。
• 偏光強度の方位角ビニングを実施し、銀河位置角に伴う系統的変動を検出した。
• 銀河の前景色としての銀河縁のファラデー回転を補正し、標的銀河からの寄与を分離した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 偏光電波放射によって明らかにされる、近接済みの渦巻銀河における磁界の大規模な幾何構造は何か？
• RQ2 偏光強度は銀河の方位角にどのように変化するのか？ これは磁界構造にどのような含意を持つのか？
• RQ3 偏光放射を示す銀河核に複数のファラデー深さ成分が存在するか？ それらは磁界トポロジーに何を示唆するのか？
• RQ4 標的領域におけるファラデー回転は、銀河縁の前景色によるものと銀河固有のプラズマによるものとで、それぞれどの程度寄与しているのか？
• RQ5 観測された偏光およびRMパターンは、軸対称的または二重対称的磁界モデルで説明可能か？

主な発見

• 28個の銀河のうち21個で線形偏光電波連続スペクトル放射が検出され、全銀河がSabからSdのハッブル型に属していた。
• 系統的な方位角的変調が観測され、動力学的に遠ざかる主軸に沿って偏光強度が最小値を示しており、大規模で秩序ある磁界構造を示している。
• すべての標的領域で非ゼロのファラデー回転が検出され、銀河縁の前景色と銀河固有のプラズマからの寄与の両方が存在した。
• 顕著な核放射を示す銀河では、ファラデー分散関数に広がりや分裂が見られ、±100–200 rad m⁻²のずれを示す複数のファラデー深さ成分が存在した。
• 前景色補正後の正負のネットRMsの両方が存在することは、銀河核付近で視線方向の磁界成分が反転していることを示しており、径方向に配向した磁界と整合的である。
• 観測された偏光およびRMパターンは、軸対称的または二重対称的磁界モデルと整合的であり、垂直成分を含む可能性もある。